La struttura ecclesiastica, in conformità con i principi stilistici del neoclassicismo, emerge imponente nella sua collocazione sulla piazza omonima, strategicamente ubicata tra le vie Barone Mannu e Regina Elena. Il suo progetto e realizzazione, a opera dell'architetto Carlo Martinetto, testimoniano un'impeccabile esecuzione architettonica, avviata nel giugno del 1887 e conclusa nel 1890.
L'imponente facciata, esemplificazione del linguaggio architettonico neoclassico, presenta un portale principale che si apre verso l'aula liturgica. L'interno della chiesa si articola in un'unica navata absidata, affiancata da quattro cappelle laterali, distribuite simmetricamente, e caratterizzata da pilastri cruciformi che ne scandiscono lo spazio. Il presbiterio, elevato rispetto al resto della navata, ospita il maestoso altare preconciliare, realizzato in gesso dallo scultore Giuseppe Sartorio.
Dal punto di vista della composizione esterna, l'edificio si configura come un vasto rettangolo, all'interno del quale sono inclusi l'abside e il campanile, delimitato dalle vie Regina Elena e il vicolo Santa Lucia, con il prospetto principale che si affaccia sulla piccola piazza omonima, in corrispondenza dell'intersezione tra via Regina Elena e via Barone Mannu. L'accesso principale è reso solenne da una scalinata che conduce al portale d'ingresso.
La facciata, a salienti, richiama l'estetica della chiesa di San Rocco a Roma, progettata da Valadier nel 1832, e si articola in due ordini decorativi, caratterizzati da cornici dentellate. Le colonne centrali, sormontate da capitelli corinzi, insieme alle paraste, costituiscono elementi portanti che conferiscono un imponente verticalità alla struttura. Gli altorilievi in terracotta, raffiguranti episodi della vita della Santa titolare, arricchiscono la composizione architettonica, mentre l'oculo centrale e l'altorilievo raffigurante Dio Creatore conferiscono luminosità e sacralità all'interno della navata. All'interno, la chiesa si sviluppa con un'unica navata, divisa in due campate da archi poggianti su pilastri, che conducono alle cappelle laterali. Il presbiterio, dominato dall'altare principale in gesso, rappresenta il punto focale dello spazio liturgico, mentre il campanile, con la sua struttura a canna quadrata e copertura a cuspide piramidale, si erge maestoso accanto alla chiesa, completando l'imponente complesso architettonico.